COCHE SALVAOBSTÁCULOS

Qué es

Es un proyecto de tecnología para 4º ESO que aborda de forma integral la construcción de un coche capaz de detectar obstáculos en su camino y salvarlos.
Cuando choca uno de los sensores, se invierte el sentido de giro de la rueda opuesta el tiempo suficiente para que cambie de dirección y luego reanua su avance normal.

Documentos PDF

Este archivo en PDF te servirá para construir en el taller el coche.

Estructura del coche

Coche, chasis hecho con PVC

Partimos de una pieza de madera contrachapada de 7 mm de espesor y de dimensiones 20 x 30 cm. También se puede fabricar sobre plancha de PVC de baja densidad (ver foto adjunta). Dibujamos la silueta del coche y la recortamos con sierra de calar. Luego atornillamos una rueda loca en su parte delantera y dos motores de 5 V c.c. con reductora en la trasera que pegamos con pistola termo-fusible. Acoplamos sendas ruedas a los ejes de salida de los motores.
Fijamos los dos sensores de choque llamados finales de carrera atornillándolos en la parte delantera como si fuesen las antenas de un insecto. Estos sensores tienen tres contactos, sólo usaremos dos de ellos, el común y el normalmente abierto (son los que tienen cables soldados en la imagen del final de carrera).

Final de Carrera

Coche, vista inferior

Fabricar las placas del circuito de control

Usamos el programa gratuito EAGLE Layout Editor para diseñar dos placas iguales del circuito de control (CC), que llamaremos CC1 y CC2. Esta aplicación permite diseñar a partir de un esquema eléctrico, una placa de circuito impreso con componentes reales, con las pistas de cobre en la cara inferior y los componentes en la superior. No es nuestro objetivo explicar el manejo de esta aplicación. Lo único relevante es que con EAGLE obtenemos unos clichés de acetato transparente con las pistas impresas en una de sus caras.

Placa Circuito impreso

Estos clichés los usaremos para la fabricación de la placa de circuito impreso real transfiriendo las “pistas” a una placa de cobre fotosensible y realizando las etapas de insolado, revelado, lavado y ataque ácido para eliminar el cobre sobrante y dejar sólo las pistas de cobre en una de sus caras. Este proceso tampoco lo explicamos en detalle ya que por sí solo sería todo un tutorial.
Luego hay que perforar la placa en los lugares donde vayan los componentes electrónicos, para soldarlos. Se muestra, al lado, la placa acabada vista desde la cara de componentes.

Listado de componentes de una placa CC

Estos son los componentes electrónicos que usaremos en nuestro circuito eléctrico de control.
EAGLE Version 6.5.0 Copyright (c) 1988-2013 CadSoft

Etiqueta	Componente	Valor	NombreEagle	LibraryEagle
0V	Pila		3,81/1,4	wirepad
6V	Pila		3,81/1,4	wirepad
C1	Condensador	1 mF	CPOL EUE2.5-6	rcl
M1_A	Conexión al Motor		3,81/1,4	wirepad
M1_B	Conexión al Motor		3,81/1,4	wirepad
D1	Diodo		1N4004	diode
FC1_A	Conex. al Final de carrera		3,81/1,4	wirepad
FC1_B	Conex. al Final de carrera		3,81/1,4	wirepad
K1	Relé		351	relay
POT	Potenciómetro	10 KΩ	PT-10	rcl
R1	Resistencia	1 KΩ	R-EU_0207/1	rcl
R2	Resistencia	1 KΩ	R-EU_0207/15	rcl
T1	Transistor	BD135	BD139	transistor

Esquema eléctrico hecho con Eagle

Placa de circuito impreso con Eagle

La placa se muestra vista desde arriba, la llamada cara de componentes, las pistas estarían en la cara inferior y se “transparentan” desde arriba, por eso el texto "Javier SL 2013" se lee como imagen especular. Cuando se fabrica la placa real el texto y las pistas quedan en la cara inferior.

Placa: pistas + componentes

Placa: sólo pistas

Alternativa: circuito en placa multiperforada

Circuito sobre placa multiperforada

Existen otros métodos de fabricación más sencillos para los alumnos en lugar de la placa de circuito impreso anterior.
Muchas veces es más práctico fabricar el circuito de control sobre placa multiperforada tal y como se muestra en la imagen de al lado.

Conexiones eléctricas del coche

Una vez fabricadas las dos placas de circuito impreso CC1 y CC2, vamos a conectarlas al resto de los elementos del coche: los motores M1 y M2, los sensores de choque, llamados finales de carrera FC1 y FC2, y la pila.Estas conexiones se realizan sobre una tira de 12 clemas de conexión eléctricas, como se muestra en el esquema siguiente.

Cómo conectar TODOS los elementos en el coche

Funcionamiento del coche

Avance normal del coche

Cada placa controla el sentido de giro de un motor.
Cuando ningún sensor choca con obstáculos→ ambas ruedas giran hacia adelante como se muestra en el dibujo. En cada placa de control los condensadores están cargados a 6V, voltaje que llega a la base de cada transistor a través de R2 → los transistores están en estado de SATURACIÓN → las bobinas de los relés EXCITADAS → los contactos del relé hacen que los motores giren hacia adelante.

Si el coche choca contra un obstáculo

Cuando el sensor final de carrera 2 choca con algún obstáculo → se descarga a 0V el condensador de la placa CC1 → este voltaje se transmite a la base del transistor → el transistor pasa a estado de CORTE → la bobina del relé se relaja → conmutan los contactos del relé → el motor 2 recibe la intensidad de corriente al revés → el motor 2 invierte su sentido de giro.
Lo que observamos es que en cuanto cualquier sensor detecta un obstáculo el coche gira hacia atrás cambiando su dirección durante un tiempo que podemos modificar. Este tiempo depende de la carga del condensador como explicaremos en el siguiente punto.

Cálculo del tiempo de carga del condensador

Carga del condensador

Al chocar un sensor contra un obstáculo, se descarga instantáneamente el condensador. Luego el condensador empezará a cargarse en cuanto el sensor ya no esté chocando contra el obstáculo. El tiempo de carga de un condensador depende sólo de su capacidad, medida en Faradios, y del valor de la Resistencia en ohmios a través de la cual se cargue.
tiempo carga = 5.R.C
Datos: C =1 mF=10-3 F
R es la suma de dos resistencias en serie:
potenciómetro que varía de 0-10 KΩ
R1 = 1 KΩ

Rmin = Potenciómetro + R1 = 0+1 = 1000Ω
Rmax = Potenciómetro + R1 =10+1 = 11000Ω

Lo que supone un abanico de tiempos de carga entre 5 y 55 segundos.
tiempo carga min =5 . 1000 . 0,001 = 5 seg
tiempo carga max =5 . 11000 . 0,001 = 55 seg

Estos NO son los tiempos durante los que está invirtiendo su giro una rueda del coche al chocar su sensor con algún obstáculo. Realmente conforme se carga el Condensador va aumentando su voltaje de 0 a 6 voltios, este voltaje le llega a la base del transistor a través de R2. Cuando la base alcanza 0.6V el transistor entra en SATURACIÓN y la rueda vuelve a girar hacia ADELANTE. El tiempo necesario para esto es mucho menor que el tiempo necesario para la carga completa del condensador. En nuestro coche, podemos modificar el tiempo de inversión de giro de una rueda entre aproximadamente 0.5 - 5 segundos. Tiempo suficiente para que el coche cambie de dirección girando hacia atrás

Álbum de fotos y vídeos

Fotos: Álbum de Fotos en flicker


Vídeo 1 demo del funcionamiento



Vídeo 2 demo del funcionamiento





Vídeo explicativo del funcionamiento de la placa de control